电力电子化配电网的柔性度

电力电子化配电网的柔性度

高军晓1, ,李宁2

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摘要:电力电子化配电网的柔性与灵活性密切相关。灵活性是指配电网能够灵活调整以适应条件变化的能力。配电网灵活性的研究表明，除SOP等电力电子装置外，DG主动控制、储能、需求响应都能带来灵活性。可见，灵活性不是专门针对电力电子化配电网的，而柔性是配电网电力电子化后的特有性质。

关键词：电力电子化；配电网；柔性度

引言

配电网电力电子化后的柔性与灵活性既有区别，又有联系：1）灵活性概念抽象，而柔性具体；2）灵活性涉及设备范围宽，而柔性涉及范围相对较窄；3）灵活性是果，柔性是灵活性的一个因。目前，尚未见有文献对电力电子化配电网的柔性程度进行量化评估，故本文开展了柔性度的研究。

1.柔性度的概念

采用柔性电力电子装置后，配电网所具备的双向连续的柔性潮流控制能力的相对量度。“双向”是指柔性电力电子装置接入馈线点的功率是双向的，即正向（吸收功率，等效为负荷）和负向（发出功率，等效为电源）。柔性度概念具有如下特点：1）带来柔性的原因是以SOP为代表的具有双向连续潮流控制能力的柔性电力电子装置。2）柔性度量度的不是“因”，不是电力电子装置的规模，而是“果”，是电力电子化配电网的柔性。电力电子化配电网柔性的物理本质是配电网的双向连续潮流控制能力。3）柔性度是相对量，无量纲，可用百分数表示。能带来柔性的不仅是SOP，表1列出了常见的潮流控制设备与柔性度的关系。其中，背靠背电压源型变流器、统一潮流控制器和静止同步串联补偿器是构成SOP的3种常见形式。

表1　潮流控制设备与柔性度的关系

2.电力电子化不利于电力系统的小扰动稳定性

随着电力系统和新能源发电技术的不断发展，越来越多的风电、光伏等新能源发电和电力电子设备并入电网，使电力系统的电力电子化程度明显增加，形成了电力电子化电力系统。电力电子设备因具有功率因数大和瞬态性能优良等特点在电网中被广泛应用。电力电子设备的惯性小，加上电力系统的很多环节经常会遭受扰动等原因，使得电力系统在遭受如负荷随机波动、系统参数缓慢变化等小扰动时的运行状态会发生较大变化，严重时将造成火灾和爆炸等事故，给电力系统的安全稳定运行带来了严峻的挑战。现有文献中对电力电子化电力系统的稳定性进行了大量研究。次同步和超同步耦合阻抗模型的概念，基于该模型，通过仿真定量分析了电力电子变流器与其相邻输电装置之间的相互作用引发的振荡问题。从电力电子化电力系统发电侧、配电侧、负荷侧的控制方式、动态特性及其对电力系统动态行为的影响角度出发，分析了一次调频时间尺度下电力电子化电力系统电压功角动态稳定问题的多尺度特征。一种含风电场的电力系统小干扰稳定性分析方法，在一定程度上降低了小干扰稳定性分析时计算的复杂程度。将电力电子化电力系统分成电气和控制２个子系统，通过特征值分析法筛选出系统的薄弱环节，从而分析系统的不稳定机理。一种基于谐振模态分析和参与因子计算的多逆变器并网系统谐振分析方法，用于研究电力电子化电力系统的谐振稳定性。

3.台区低压柔性互联技术在配电网的实践应用

高压柔性直流输电技术的发展与成熟应用，一定程度激励了柔性直流技术往低压领域的延伸，通过点对点柔性互联可有效提高台区系统整体运行工况，具体包括：（1）互联台区系统中，各台变互为“热备用”，大大节省了单台台变的备用容量，从而节省一次设备的投资；（2）提高单个台变的负载率，减少变压器总体损耗；（3）通过潮流控制器主动调节，可实现潮流的灵活控制；（4）潮流控制器本身可提供无功功率，节省了常规台区系统无功补偿设备；（5）有利于光伏、储能、电动汽车的集中接入。综上所述，在低压台区系统通过柔性直流技术对多个台区实施互联互供，将是改变台区运营现状、多维度提升台区供电水平、实现台区高级应用功能的全新方案。

4.智能软开关的柔性互联低压配电网优化控制

低压配电网通常又被称为台区，其网架基础薄弱、供电质量问题较为突出。地区负荷的季节性、波动性以及不平衡性非常明显，低电压、三相不平衡和高网损等问题频发。当源端大规模光伏单相并网后，若光伏有功不能被完全被本地用户利用，剩余有功将会使节点电压抬升，导致过电压，三相不平衡问题也将加剧，直接影响到居民生产生活用电。而现有台区采用单辐射状供电结构，并且潮流难以得到控制，无法满足高比例户用光伏的并网需求。为了进一步提高地区台区供电质量，可以通过智能软开关(Softopenpoints，SOP)实现台区互联。SOP能精确控制其所连接两侧馈线的有功功率与无功功率流动，从而实现台区间的功率互济，有效改善低压配电网供电质量问题。目前，基于SOP的配电网运行优化主要面向中压层面的运行调度、供电恢复以及规划方法等方面。

5.在电力系统自动化中电子信息技术的应用

电网调度自动化是通过调度主站系统从而实现对整个电网运行状态的监督管控，这样可以使从业人员以最快速度指挥电网，使其稳定、高效、安全地运行。（1）实时监督管控电网的运转状态。为了满足每个用户的用电需求得到保障，工作人员要通过对电网的电压、出力、负荷等参数和主设备的位置还有水、热能工况等指标实时监控外还要时时监督管控电网的安全运行状态。（2）根据合理化、科学化的经济调度，从而达到节省能源、多供电、减少损耗，缓解资源不足的压力。（3）保证电网可以安全稳定地运转，实现故障发生时最优先、优化处理。外界很多种因素都有可能导致电网突然发生故障，而且其过程非常迅速。为减少因为预判不及时、处理不当可能带来的人员伤害和经济损失，在电力系统自动化中必须运用电子信息技术来提升其处理和分析电网的运转能力，第一时间提供如何快速解决故障的处理手段，而且做到实时监控，最大化防止事故发生，降低事故带来的不必要损失。在配电网自动化系统中的应用。电力公司系统中配电网是重要组成部分之一，像我们日常生活中比较常见的电缆、变压器等多种设备都存在于配电网中。在传统的电力管理中，配电网还没有实时自动化管理，都是通过大量的人力作业的方式来对配电网进行检查和维修。但又因为电力公司中的从业人员能力和个人素质都参差不齐，很容易有所疏忽，从而出现安全隐患问题，同时人为操作和系统操作相对比而言灵敏度也会比较低，因为这样给居民提供的相关电力资源就会缺乏稳定性。因此，在自动化系统模式下，从业人员可以通过电力公司和用户居民的需求量来选择不同的管理模式，与以往的人工管理相比较具有更好的稳定性和灵活性。与此同时，把电子信息技术运用在电力公司有关的系统中，也会起到非常好的作用。例如远程分散控制系统，该系统的作用主要是对在各个地方安装的电路开关实施一个远程的监督监控，再通过对电力公司内的中央控制系统进行操作和控制，把指令传输到每个生产控制系统当中，进而完成对于配电网的远程管理。

结束语

本文对电力电子化配电网的“柔性”进行了量度，为衡量柔性电力电子装置效果提供了新指标，对柔性电力电子装置的规划具有参考价值。柔性度还有助于深入分析配电网柔性化对降低网损、消纳DG、均衡负载、提高可靠性的作用，后续将进一步针对这些领域加以研究，并探讨配电网合理的柔性度水平及电力电子装置规模。

参考文献

［1］王成山，季节，冀浩然，等.配电系统智能软开关技术及应用［J］.电力系统自动化，2022，46（4）：1-14.

［2］范士雄，蒲天骄，刘广一，等.主动配电网中分布式发电系统接入技术及其进展［J］.电工技术学报，2016，31（增刊2）：92-101

［3］肖峻，刚发运，蒋迅，等.柔性配电网：定义、组网形态与运行方式［J］.电网技术，2017，41（5）：1435-1446.